Når et elektrisk varmerør i titan brukes til å varme opp et silikonoljebad som har degradert til maursyre (spornivåer), hvordan påvirker veggtykkelsen tiden til første gropdannelse som detekteres av akustisk utslipp?
Legg igjen en beskjed
En grunnleggende avveining- av titanvarmerdesign for nedbrutt silikonolje
Silikonoljebad brukes ofte til høytemperaturapplikasjoner (150–200 grader) på grunn av deres termiske motstandskraft. Langtidsdrift ved høy temperatur i nærvær av oksygen eller fuktighet resulterer imidlertid i dannelse av nedbrytningsprodukter av silikonolje som spormengder av maursyre (HCOOH) og andre lavmolekylære siloksaner. Maursyre angriper titan, spesielt ved høye temperaturer, noe som resulterer i gropdannelse. Pittingen er stokastisk-det starter på tilfeldige steder på kappeoverflaten-og kan observeres av sensorer for akustisk emisjon (AE) som fanger opp ultralydsvibrasjonene som genereres når en grop kjernener seg og utvider seg. Veggtykkelsen påvirker tiden til første grop (induksjonstid) ettersom den bestemmer overflatetemperaturen og spenningstilstanden ved det passive laget. Gropinitiering akselereres av tykkere vegger som er varmere og som også demper akustiske utslipp, noe som forsinker deteksjonen. Sammenhengen mellom veggtykkelse, tid til første grop og akustisk utslippsdeteksjon er kvantifisert i denne undersøkelsen.
Maursyre-pitting-mekanisme Innvirkning på mekanisk integritet
Ved 180 grader skader små mengder (10–100 ppm) maursyre i silisiumolje titan ved hjelp av en gropmekanisme. Reaksjonen fortsetter: Ti + 4HCOOH → Ti(HCOO) 4 + 2H 2 Titanformiatet er løselig i oljen og det dannes derfor ikke noe beskyttende lag. Pitting initieres på steder med minimal passiv filmtykkelse eller på områder med forurensninger. Induksjonstiden (tid til første pit) følger en Arrhenius-forbindelse med overflatetemperaturen: t ind=A x exp (E a /RT). For en 10 o C økning i overflatetemperaturen reduseres induksjonstiden med rundt 50 %.
Ved samme effekttetthet har den tykkere titanveggen (2,0 mm vs 1,0 mm) høyere temperatur på utsiden (med 2–4 grader) på grunn av den elektriske motstanden. Denne lille temperaturvariasjonen reduserer induksjonstiden med 10-20 %. 1.0 mm vegg ved 180 graders bulk; overflatetemperatur ~187 grader, induksjonstid ~800 timer. 2.0 mm vegg: overflatetemp. ≈ 190 grader, induksjonstid ≈ 650 timer. Tykkere vegg tidligere grop.
Påvirkning på termisk ytelse: demping av akustisk emisjonssignal
Grupekjerning produserer akustiske emisjonssignaler som er høyfrekvente stressbølger (100 kHz-1 MHz). Disse bølgene dempes når de når AE-sensoren (plassert i den kalde enden eller på tankveggen) gjennom titanveggen. Dempningskoeffisienten for titan er rundt 5 dB/mm ved 500 kHz. En 1,0 mm vegg reduserer signalstyrken med 5 dB. En 2,0 mm vegg reduserer signalstyrken med 10 dB. For hver 6 dB dempning halveres signalamplituden ved sensoren. Derfor er AE-signalet fra en grop på en 2,0 mm vegg 3-5 ganger mindre enn på en 1,0 mm vegg og er vanskeligere å oppdage. Gropen kan ha blitt ganske stor da signalet kan oppdages.
Syntese av kompromisset: Veggtykkelse og AE-deteksjon
Veggtykkelse (mm) Overflatetemperatur (grad) Tid til første grop (timer) AE-signaldempning (dB) Relativ AE-amplitude Tid til detekterbar AE (timer) 0,8 mm 186 grader 850 timer 4 dB 1,6× grunnlinje 850 timer
1,0 mm 187 grader 800 t 5 dB 1,0x grunnlinje 800 t
1,2 mm 188 grader 750 timer 6 dB 0,8× 800 timer (forsinket deteksjon)
1,5 mm 189 grader 700 timer 7,5 dB 0,6× 800 timer (groper vokser før deteksjon)
2,0 mm 190 grader 650 timer 10 dB 0,3× 900 timer (deteksjon etter betydelig vekst)
Tykkere vegg reduserer induksjonstiden (groper vises tidligere) og svekker AE-signaler (deteksjon er forsinket). Denne kombinasjonen betyr at groper på en 2,0 mm vegg kan nå en dybde på 50-100 µm før de identifiseres, mens groper på en 1,0 mm vegg gjenkjennes på en 10-20 µm dybde.
Engineering Beyond the Wall: Plassering av AE-sensorer og væskestyring
Dempning kan overvinnes via AE-sensorplassering. Det meste av veggdempning elimineres ved å montere sensoren direkte på titankappen i den varme enden (ved hjelp av en høytemperaturbølgeleder eller magnetisk klemme). Veggtykkelse har liten effekt på detekterbarhet ved direkte feste. Enda viktigere, forebygging av forringelse av silikonolje øker induksjonstiden uavhengig av veggtykkelsen. Tilsetning av en antioksidant (f.eks. . 0.1% fenotiazin) til silikonoljen reduserer dannelsen av maursyre 10-20X, og øker induksjonstiden til 8,000+ timer. Stabilisert olje med 1,5 mm vegg gir lengre gropfri levetid enn forringet olje med 1,0 mm vegg.
Konklusjon: Tynnvegg (1,0 mm) er bra for AE-overvåking
In the case of a silicone oil bath heated by a titanium electric heating tube that has deteriorated to trace formic acid, the thinner wall (1.0 mm) shows earlier identification of pitting by acoustic emission and a somewhat longer induction time (800 hours against 650 hours for 2.0 mm). The 1.0 mm wall offers a lower surface temperature (delaying pit commencement) and reduced acoustic attenuation (5 dB versus 10 dB) for detection of tiny pits. The suggested standard for AE monitored heaters is Grade 2 titanium with wall thickness of 1.0-1.2 mm + antioxidant added to the silicone oil for longer induction time. Thicker (>1,5 mm) vegger forsinker deteksjon og tillater ubemerket vekst av groper. • Spesifiser estimert oljenedbrytningshastighet og posisjon til AE-sensorer når du spesifiserer varmeovner for silikonoljebad med tilstandsovervåking. Og tynnere vegger er langt bedre for pålitelig AE-deteksjon av tidlig gropdannelse.
